米勒循环
原来的阿特金森循环实现得关键部件是曲轴,而米勒循环的关键部件是气门室里的凸轮轴。米勒循环改变了进气端的凸轮轴,马自达通过修改曲轴设计增加了活塞的总行程达到13:1,但是我们注意看下图
米勒循环进气以后,在进行压缩的时候凸轮轴控制气门保持开启,把第一步吸进来的空气原路吐了一些回去,在压缩行程行进到大概10:1的时候关闭进气门,这时候才真正开始进行空气压缩,实际压缩比为10:1左右,这样就和一般的车一样了。到了点火做功的时候排气门和平时一样,全部13:1的行程都是闭合的。所以米勒循环具备了阿特金森循环一样的特征:进气行程 做功行程
说到这里你应该已经明白为什么马自达有这么高的压缩比却可以使用低标号汽油而不会引发爆震的原因了,因为马自达使用的米勒循环在进气压缩的时候还是采用和一般车辆使用的普通压缩比(9.5~11:1),而马自达又鸡贼的在宣传的时候,把做功行程的高压缩比作为发动机的“压缩”比,也就达到了让人惊叹的目的。
虽然米勒改进了设计,使得阿特金森循环可以用在车上了,但是缺点也还是没有得到明显的改进,低扭依然不强,所以我们会看到一个现象,就是马自达即便拥有同级最好的变速箱,但车子加速依旧不及同级其他车,动力属于中等水平,究其原因就是因为米勒循环下扭矩不高、输出转速区间小等问题。
其实现在米勒循环已经被其他品牌在使用了,虽然低扭不好,但是中等转速省油的特点,丰田很机智的用电机弥补了低扭不足问题,组成一套混动系统,丰田就是基于利用米勒循环这个特性达成了世界第一热效率发动机得成就。
大众也是在现在的全系发动机都使用了米勒循环和奥托循环双循环的技术
原理是通过可以调节角度的进气凸轮实现两种模式的无缝切换,低负载的中等巡航速度时用米勒循环,在加速或者爬坡的高负载时使用奥托循环,也是因为有双循环的这个原因,配合涡轮提高缸内气压,所以大众在曲轴设计上活塞行程不需要做到太高的压缩比,只需要做到折中的情况就行了,但是因为有涡轮提高了缸内空气压力,大众的缸内空气的实际压缩比要比马自达高,所以大众对于汽油的标号要求就会比马自达的高了。
再延伸一点,日产也是通过另外一种设计实现了可变压缩比的特性。不过和上面三家不一样的是,改变的不是气门和凸轮,而是曲轴的设计。
文章开始的时候我们知道曲轴是要承受很大的力的,虽然不能通过改变曲轴本体的设计达到改变活塞行程(压缩比)的目的,所以日产设置了另外一套机构,使得曲轴可以改变本体的位置实现可变压缩比的目的,这个形态可以说是一个高级版的奥托循环。但是重量、可靠性、复杂度、成本都是问题了。
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这就是技术差距,知道为什么其他车系都要上涡轮吗?因为他们已经玩不转自吸发动机了。
发动机压缩比越高理论上需要使用更高标号的汽油以避免爆震,但是马自达的发动机压缩比达到了13却仍可以使用92号汽油,这听起来让人感觉匪夷所思,莫非又有什么黑科技?其实这也不算什么黑科技,说到底还是从技术上避免了爆震的产生。
汽油发动机在排气门打开的时候其实气缸里其实还是有不小的压力的,最明显的特征就是拆掉排气歧管后发动机排气声音特别响亮还伴随有喷火,而此时活塞已经开始上行了,这部分剩余压力就浪费掉了。如果能把这部分能量也利用起来那么肯定会提高燃油利用率。想用到这部分能量也很简单,只需要把气缸行程增加就行了,这样混合气有了充分的膨胀空间,就可以推动活塞运行更远的距离。